Под аэродинамическими характеристиками вентиляторов понимают производительность вентилятора в зависимости от значения давления воздуха в сети. Так, давление с определенным значением соответствует определенному удельному расходу воздушной массы. Данная зависимость проиллюстрирована на графике 1.
График 1– Аэродинамические характеристики вентилятора и сети воздуховода
График характеристики сети наглядно демонстрирует зависимость производительности вентилятора от значения давления воздуха в сети. На данном графике рабочей точкой вентилятора является точка лежащая на пересечении кривой характеристики сети и кривой аэродинамической характеристики вентилятора. Данная точка характеризует воздушный поток для заданной сети воздуховода.
Любое изменение давления воздуха в системе дает начало новой кривой, описывающей характеристику сети. При возрастании давления характеристика сети будет соответствовать кривой «В», а при его снижении - кривой «С» это показано на графике 2. Данная зависимость справедлива при условии, что количество оборотов рабочего колеса в минуту остается неизменным.
График 2 – Кривые сети в зависимости от изменения давления
Данная зависимость наглядно показывает, как расход воздуха зависит от сопротивления воздуха в сети. В зависимости от кривой сопротивления сети рабочая точка может смещаться как вверх по графику, так и вниз, понижая или, соответственно, увеличивая расход воздуха.
При этом следует учитывать, что в случае отклонения перепада давления от теоретических (расчетных) значений, и положение рабочей точки, и расход воздуха будут отличаться от расчетных.
График 3 – Изменение значений скорости вентилятора
Для получения эксплуатационных характеристик сходных с теоретическими, возможно изменение значений скорости вращения рабочего колеса вентилятора, показано на графике 3. Так, например, при увеличении или уменьшении скорости вращения вентилятора можно смещать рабочие точки как вправо и вверх по графику, так и опускать их влево и вниз, изменяя тем самым расход воздуха.
График 4 – Изменение давления в зависимости от скорости вращения рабочего колеса вентилятора
И в первом, и во втором случаях возможно отклонение фактических показателей давления от теоретических расчетных данных (на графике 4 изображено, как ΔР1 и ΔР2). Вследствие чего, рабочая точка для расчетной сети может определяться так, чтобы была возможность выхода на уровень наибольшей эффективности эксплуатации. При этом изменение количества оборотов рабочего колеса вентилятора (и увеличение, и уменьшение) ведет к снижению эффективности.
Вентилятор - приводимое двигателем устройство для создания потока воздуха или иных газов. Вентиляторы используются в системах кондиционирования, вентиляции, обогрева, пневмотранспорта, с их помощью организуется движение воздушных потоков в котлах, охлаждаются радиаторы двигателей внутреннего сгорания, создается тяга в пылесосах, системах охлаждения и сушки.
Вентиляторы создают относительно невысокое избыточное давление (разрежение), обычно не превышающее 12 кПа. Для создания более высоких давлений вместо вентиляторов используют воздуходувки и компрессоры.
Существуют два наиболее распространенных типа вентиляторов:
а) центробежные (радиальные);
б) осевые.
Есть еще и вентиляторы диаметральные, вентиляторы диагональные, но к настоящему времени широкого распространения в промышленных вентиляционных системах они не получили, поэтому и рассматривать мы их пока не будем.
Центробежный (или радиальный) вентилятор имеет расположенное в спиральном корпусе рабочее колесо, при вращении которого газ, поступающий через входное отверстие, попадает в каналы между лопатками, под действием возникающей центробежной силы перемещается в спиральный кожух и направляется в выпускное отверстие. Направление потока газов при этом изменяется на 90 0 .
Лопатки центробежных вентиляторов могут быть трех типов: радиальные (прямые), загнутые вперед и загнутые назад; соответственно различаются и технические характеристики вентиляторов и, как следствие, их назначение.
Вентиляторы с радиальными лопатками часто применяются для перемещения запыленных газовоздушных сред.
Вентиляторы с загнутыми назад лопатками могут работать на более высоких скоростях вращения.
Вентиляторы с лопатками, загнутыми вперед, обеспечивают большую (по сравнению с другими типами) производительность и давление.
Общепринято разделение вентиляторов по нескольким показателям:
По величине создаваемого при перемещении воздуха полного давления:
Вентиляторы низкого давления (до 1 кПа);
Вентиляторы среднего давления (до 3 кПа);
Вентиляторы высокого давления (до 12 кПа).
В зависимости от состава перемещаемой среды и условий:
Обычные - для воздуха (газов) с температурой до 80°С;
Коррозионностойкие - для агрессивных сред;
Термостойкие - для воздуха с температурой 80-200 °С;
Взрывобезопасные и искрозащищенные - для взрывоопасных сред;
Пылевые - для запыленного воздуха (твердые примеси в количестве более 100 мг/м³).
По месту установки:
Обычные, устанавливаемые на специальной опоре (раме,фундаменте и т.д.);
Канальные, устанавливаемые непосредственно в воздуховоде;
Крышные, размещаемые на кровле.
Такое разделение весьма условно. Скажем, вентилятор низкого давления ВЦ 4-75 может создавать полное давление более 2 кПа, а ВЦ 14-46 (среднего давления) не всегда дотягивает до тех же 2 кПа. И на кровле можно устанавливать не только крышные вентиляторы, но и любые другие, лишь бы кровля была достаточно прочной. А пылевые вентиляторы замечательно работают и с чистым воздухом.
Вот конструктивное исполнение вентиляторов строго регламентировано. Согласно ГОСТ 5976-90, радиальные вентиляторы (кроме канальных) могут выпускаться в 7 исполнениях.
Наиболее распростанены (в порядке убывания):
- исполнение 1 (рабочее колесо монтируется непосредственно на валу электродвигателя). Достоинтства налицо: минимум деталей, минимум работы по сборке, минимум затрат на приобретение, компактность. Есть и недостатки. Рабочие колеса вентиляторов больших номеров (8 и выше) имеют достаточно большую массу и вся эта масса воздействует на подшипники электродвигателя. Чтобы сделать профилактику двигателя и добраться до его подшипников, нужно полностью разобрать (а затем вновь собрать) вентилятор. На рабочем месте сделать это далеко не всегда просто.
- исполнение 5 (рабочее колесо расположено консольно на валу промопоры, привод посредством клиноременной передачи). Широко распространено для привода пылевых вентиляторов, вентиляторов высокого давления, а также вентиляторов больших номеров (8 и выше). Достоинства: подшипники электродвигателя воспринимают меньшую радиальную нагрузку, возможность обеспечения работы двигателя в номинальном режиме подбором диаметров шкивов. Недостатки: увеличенные габариты и масса, повышенная трудоемкость обслуживания и цена.
- исполненгие 3 (рабочее колесо расположено консольно на валу промопоры, муфтовая передача). Применяется, в основном, для привода вентиляторов, работающих в специфических условиях (повышенные температуры, агрессивная среда и т.д.). Преимущества: радиальные нагрузки на двигатель не передаются, возможна организация защиты подшипников промопоры от воздейстия перемещаемой среды (температура, влажность, агрессивность). Недостатки примерно те же, что и в исполнении 5, хотя узлов меньше (нет натяжного устройства, ремней, ограждения проще).
Тем же ГОСТ 5976-90 и ГОСТ 22270-76 устанавливается направление вращения
и угол разворота спирального корпуса
вентилятора.
По определению, вентиляторы могут быть правого вращения (колесо вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны всасывания) и левого вращения (колесо вращается против часовой стрелки, если смотреть со стороны всасывания).
Казалось бы, все понятно и четко определено. Но нет! Есть разновидность вентиляторов, для которых и направление вращения, и угол разворота определяют совсем иначе. Это - тягодутьевые машины (дымососы и дутьеваые вентиляторы), работающие преимущественно в котельных. У них направление вращения определяют со стороны привода, а угол разворота 0 0 - выхлоп направлен в сторону внизу. Почему так и кому это было нужно - вопрос.
Несколько слов о вентиляторах осевых.
Осевой вентилятор имеет расположенное в цилиндрическом корпусе рабочее колесо, состоящее из ступицы с закрепленными на ней лопастями. При вращении колеса воздух (газ) перемещается вдоль оси вращения.
Осевые вентиляторы могут иметь различные конструкции рабочего колеса и кожуха (корпуса), а также различаются формой и числом лопастей. В некоторых случаях (например, у обычного комнатного вентилятора) кожух отсутствует. Сечение лопастей может быть профилированным (объемным), но в большинстве случаев лопасти представляют собой плоские или изогнутые пластины. Изготавливают лопасти из пластмассы, алюминия или стали.
Осевые вентиляторы по сравнению с центробежными конструктивно проще, имеют больший кпд, высокопроизводительны, но не обеспечивают больших давлений.
По назначению осевые вентиляторы делят на вентиляторы общего назначения и специальные.
Вентиляторы общего назначения предназначены для перемещения чистого или мало запыленного воздуха, температура которого не должна превышать 40 0 С. Такое температурное ограничение вызвано тем, что электродвигатель, как правило, расположен в потоке перемещаемого газа, а предельное значение температуры окружающей среды для электродвигателей как раз и составляет 35-40 0 С. Выбор осевых вентиляторов общего назначения невелик - наиболее широко распространены вентиляторы типов В 06-300 и В 2,3-130, а также их более поздние модификации.
К специальным осевым вентиляторам относят вентиляторы, используемые для перемещения взрывоопасных и агрессивных газовоздушных сред, шахтные вентиляторы и вентиляторы тоннельной вентиляции, потолочные вентиляторы, птичные, вентиляторы градирен, вентиляторы, встроенные в технологическое оборудование, и т. д.
КАК ЗАКАЗАТЬ ВЕНТИЛЯТОР?
В идеальном случае при заказе необходимо указать тип вентилятора, его номер, каким электродвигателем его укомплектовать, направление вращения и угол разворота корпуса. И если с последними двумя вопросами все более-менее ясно, то с остальными нужно немножко разобраться.
Во-первых (как самое простое), номер вентилятора . Номер определяет диаметр рабочего колеса в дециметрах. То есть у вентилятора ВЦ 4-75-3,15 диаметр рабочего колеса составляет 315 мм, а у дымососа ДН-11,2 - 1120 мм.
Тип вентилятора. Если Вам необходим вентилятор на замену вышедшего из строя или Вы строите систему, аналогичную имеющейся - перепишите табличку на старом вентиляторе. Если ее нет - обмерьте рабочее колесо (наружный диаметр, количество лопаток, диаметр и длину посадочного отверстия в ступице). Можно еще указать внутренние размеры всасывающего и нагнетательного патрубков. Обычно этого оказывается достаточно для определения типа вентилятора.
В случае проектирования (монтажа) новой вытяжной, приточной или технологической системы вентиляции необходимо знать производительность и полное давление, которые должен обеспечить вентилятор. Производительность - это объем воздуха, удаляемого (нагнетаемого) из проветриваемого помещения или рабочего места. Выражается обычно в м 3 /час. Полное давление в общем случае должно компенсировать сопротивление проходу воздуха в воздуховодах и сетевом оборудовании (клапаны, заслонки, воздухонагреватели, фильтры, шумоглушители и т.д.). Единица измерения полного давления - Па.
В справочной литературе и почти на всех сайтах (в том числе и на нашем) предприятий, занимающихся вентиляторами, приводятся их аэродинамические характеристики
.
Аэродинамические характеристики представляют собой набор прямых и кривых линий. С осями просто: горизонтальная ось - производительность вентилятора в м 3 /час, вертикальная - полное давление в Па. Необходимую рабочую точку (производительность-давление) находим на жирной кривой (которая и является характеристикой вентилятора), затем определяем мощность электродвигателя, частоту его вращения и (скорее для себя) кпд вентилятора. Параметры электродвигателя (мощность и частота вращения) указаны на ближайших тонких кривых, расположенных над характеристикой вентилятора. Кпд вентилятора - наклонные прямые линии.
Все аэродинамические характеристики вентиляторов приведены для стандартных условий.
Стандартными условиями считаются следующие (ГОСТ 10616-90):
Температура воздуха - 293 К (20 0 С);
Атмосферное давление - 101,34 кПа;
Плотность воздуха - 1,2 кг/м 3 ;
Относительная влажность воздуха - 50%.
Поэтому, если условия эксплуатации вентиляторов отличаются от стандартных (почти всегда), необходимо это учитывать.
Следует сказать, что выполнить расчет сетей и учесть все потери давления с высокой точностью почти невозможно, поэтому вентиляторы лучше выбирать с запасом по давлению на 10-20%.
Вентиляторы – устройства, предназначенные для создания воздушного (в общем случае, газового) потока. Основная задача, которую решают с применением этих устройств в оборудовании для вентиляции, кондиционирования и воздухоподготовки – создание в системе воздуховодов условий для перемещения воздушных масс от точек забора до точек выброса или потребителей.
Для эффективной работы оборудования воздушный поток, создаваемый вентилятором должен преодолеть сопротивление системы воздуховодов, обусловленное поворотами магистралей, изменением их сечения, появлением турбулентностей и прочими факторами.
В результате имеет место перепад давления, который является одним из важнейших характеристических показателей, влияющих на выбор вентилятора (кроме него основную роль играют производительность, мощность, уровень шума и т.д.). Зависят эти характеристики, прежде всего, от конструкции устройств и используемых принципов работы.
Все множество конструкций вентиляторов разделяют на несколько основных типов:
- Радиальные (центробежные);
- Осевые (аксиальные);
- Диаметральные (тангенциальные);
- Диагональные;
- Компактные (кулеры)
Центробежные (радиальные) вентиляторы
В устройствах этого типа происходит всасывание воздуха по оси рабочего колеса и выброс его под действием центробежных сил, развиваемых в зоне его лопастей, в радиальном направлении. Использование центробежных сил позволят использовать такие устройства в случаях, когда требуется высокое давление.
Характеристики радиальных вентиляторов в значительной мере зависят от конструкции рабочего колеса и формы лопастей (лопаток).
По этому признаку крыльчатки радиальных вентиляторов разделяют на устройства с лопатками:
- загнутыми назад;
- прямыми, в том числе, отклоненными;
- загнутыми вперед.
Рабочие колеса с загнутыми назад лопастями
Для такой крыльчатки (B на рисунке) характерна значительная зависимость производительности от давления. Соответственно, радиальные вентиляторы такого типа оказываются эффективны при работе на восходящей (левой) ветви характеристики. При их использовании в таком режиме достигается уровень эффективности до 80%. При этом геометрия лопаток позволяет добиться низкого уровня рабочего шума.
Основной недостаток таких устройств – налипание находящихся в воздухе частиц на поверхности лопастей. Поэтому такие вентиляторы не рекомендуется применять для загрязненных сред.
Рабочие колеса с прямыми лопатками
В таких крыльчатках (форма R на рисунке) устранена опасность загрязнения поверхности содержащимися в воздухе примесями. Такие устройства демонстрируют эффективность до 55% . При использовании прямых отклоненных назад лопастей характеристики приближаются к показателям устройств с загнутыми назад лопатками (достигается эффективность до 70%).
Крыльчатки с загнутыми вперед лопастями
Для вентиляторов, использующих такую конструкцию (F на рисунке) влияние изменения давления на воздушный поток незначительно.
В отличие от крыльчаток с загнутыми назад лопастями наибольшая эффективность таких рабочих колес достигается при работе на правой (нисходящей) ветви характеристики, при этом ее уровень составляет до 60%. Соответственно, при прочих равных, вентилятор с крыльчаткой типа F выигрывает у устройств, снабженных крыльчаткой, по размерам рабочего колеса и общим габаритным показателям.
Осевые (аксиальные) вентиляторы
Для таких устройств и входной и выходной воздушный потоки направлены параллельно оси вращения крыльчатки вентилятора.
Главным недостатком таких устройств является низкая эффективность при использовании варианта установки со свободным вращением.
Значительное повышение эффективности достигается при заключении вентилятора в цилиндрический корпус. Существуют и другие методы улучшения характеристик, например, размещение непосредственно за рабочим колесом направляющих лопастей. Такие меры позволяют добиться эффективности аксиальных вентиляторов в 75% без использования направляющих лопастей и даже 85% при их установке.
Диагональные вентиляторы
При осевом воздушном потоке невозможно создать значительный уровень эквивалентного давления. Добиться увеличения статического давления позволяет использование для создания воздушного потока дополнительных сил, например, центробежных, которые действуют в радиальных вентиляторах.
Диагональные вентиляторы являются своеобразным гибридом аксиальных и радиальных устройств. В них всасывание воздуха осуществляется в направлении, совпадающем с осью вращения. За счет конструкции и расположения лопастей рабочего колеса достигается отклонение воздушного потока на 45 градусов.
Таким образом, в движении воздушных масс появляется радиальная составляющая скорости. Это позволяет добиться увеличения давления за счет действия центробежных сил. Эффективность диагональных устройств может составлять до 80%.
Диаметральные вентиляторы
В устройствах этого типа поток воздуха всегда направлен по касательной к рабочему колесу.
Это позволяет добиться значительной производительности даже при малых диаметрах крыльчатки. Благодаря таким особенностям диаметральные устройства получили распространение в компактных установках, таких как воздушные завесы.
Эффективность вентиляторов, использующих этот принцип действия, достигает уровня в 65%.
Аэродинамическая характеристика вентилятора
Аэродинамическая характеристика отражает зависимость расхода (производительности) вентилятора от давления.
На ней находится рабочая точка, показывающая актуальный расход при определенном уровне давления в систем.
Характеристика сети
Сеть воздуховодов при различных значениях расхода оказывает различное сопротивление движению воздуха. Именно это сопротивление определяет давление в системе. Отображается эта зависимость характеристикой сети.
При построении аэродинамической характеристики вентилятора и характеристики сети в единой систем координат рабочая точка вентилятора находится на их пересечении.
Расчет характеристики сети
Для построения характеристик сети используется зависимость
В этой формуле:
- dP – давление вентилятора, Па;
- q – расход воздуха, куб.м/ч или л/мин;
- k – постоянный коэффициент.
- На аэродинамическую характеристику наносится первая точка, соответствующая рабочей точке вентилятора. К примеру, работает при давлении 250 Па, создавая воздушный поток 5000 куб.м/ч. (точка 1 на рисунке).
- По формуле определяется коэффициент kk = dP/q2Для рассматриваемого примера его величина составит 0.00001.
- Произвольно выбираются несколько отклонений давления, для которых пересчитывается расход.К примеру, при отклонения давления -100 Па (результирующая величина 150 Па) и +100 Па (значение 350 Па), рассчитанный по формуле расход воздуха составит 3162 и 516 куб.м/ч соответственно.
Каждому значению сопротивления сети воздуховодов соответствует собственная характеристика сети. Строятся они аналогичным образом.
В результате, при сохранении скорости вращения вентилятора, рабочая точка смещается по аэродинамической характеристике. При увеличении сопротивления рабочая точка из положения 1 смещается в положение 2, что вызывает снижение расхода воздуха. Наоборот, при уменьшении сопротивления (переход в точку 3 а линии С) расход воздуха увеличится.
Таким образом, отклонение реального сопротивления системы воздуховодов от расчетного приводит к несоответствию величины воздушного потока проектным значениям, что может отрицательно сказаться на эксплуатационных показателях системы в целом. Главная опасность такого отклонения заключается в невозможности для вентиляционных систем эффективно выполнять возложенные на них задачи.
Компенсировать отклонение расхода воздуха от расчетного можно за счет изменения скорости вращения вентилятора. При этом получается новая рабочая точка, лежащая на пересечении характеристики сети и той аэродинамической характеристики из семейства, которая соответствует новой скорости вращения.
Соответственно, при повышении или уменьшении сопротивления потребуется отрегулировать скорость вращения таким образом, чтобы рабочая точка переместилась в положение 4 или 5 соответственно.
В этом случае наблюдается отклонение давления от расчетной характеристики сети (величина изменений отображена на рисунке).
На практике появления таких отклонений говорит о том, что режим работы вентилятора отличается от того, который был рассчитан из соображений максимальной эффективности. Т.е. регулирование скорости как в сторону увеличения, так и в сторону снижения ведет к потере эффективности работы вентилятора и системы в целом.
Зависимость эффективности вентиляторов от характеристик сети
Для упрощения выбора вентилятора на его аэродинамических характеристиках строят несколько характеристик сети. Чаще всего используются 10 линий, номера которых удовлетворяют условию
L = (dPd / dP)1/2
- L – номер характеристики сети;
- dPd – динамическое давление, Па;
- dP – величина общего давления.
При этом эффективность вентилятора, которая определяется соотношением
- dP – общее давление, Па;
- q – расход воздуха, куб.м/ч;
- P – мощность, Вт
В этом отношении интерес представляет сравнение эффективности радиальных вентиляторов с загнутыми назад и вперед лопастями рабочего колеса. Для первых максимальное значение этого показателя нередко оказывается выше, чем для вторых. Однако, такое соотношение сохраняется только при работе в области характеристик сети, соответствующим меньшему расходу при заданном значении давления.
Как видно из рисунка, при высоких уровнях расхода воздуха для получения равной эффективности вентиляторам с загнутыми назад лопатками потребуются больший диаметр рабочего колеса.
Аэродинамические потери в сети и правила монтажа вентиляторов
Технические характеристики вентиляторов соответствуют указанным производителем в технической документации в том случае, если выполняются требования по их установке.
Основным из них является монтаж вентилятора на прямом участке воздуховода, причем его длина должна составлять не менее одного и трех диаметров вентилятора со стороны всасывания и нагнетания соответственно.
Нарушение этого правила ведет к увеличению динамических потерь, и, как следствие, к росту перепада давления. При увеличении такого перепада расход воздуха может значительно уменьшится, по сравнению с расчетными значениями.
На уровень динамических потерь, производительность и эффективность влияет множество факторов. Соответственно, при установке вентиляторов необходимо выполнять и другие требования.
Со стороны всасывания:
- вентилятор устанавливают на расстоянии не менее 0.75 диаметра до ближайшей стены;
- сечение входного воздуховода не должно отличаться от диаметра входного отверстия более чем на +12 и -8%;
- длина воздуховода со стороны забора воздуха должна быть больше 1.0 диаметра вентилятора;
- наличие препятствий для прохождения воздушного потока (демпферов, ответвлений и др.) недопустимо.
- изменение поперечного сечения воздуховода не должно превышать 15% и 7% в сторону уменьшения и увеличения соответственно;
- длина прямолинейного участка трубопровода на выходе должна составлять не менее 3-х диаметров вентилятора;
- для уменьшения сопротивления не рекомендуется использовать отводы под углом 90 градусов (при необходимости поворота магистрали их следует получить из двух отводов по 45 градусов).
Требования к удельной мощности вентиляторов
Высокие показатели энергоэффективности – одно из главных требований, которое применяется в европейских странах ко всему оборудованию, в том числе, и к системам вентиляции зданий. В соответствии с этим Шведским институтом внутреннего климата (Svenska Inneklimatinsitutet) была разработана концепция интегральной оценки эффективности для вентиляционного оборудования, основанная на так называемой удельной мощности вентиляторов.
Под этим показателем понимается отношение общей энергоэффективности всех входящих в систему вентиляторов к суммарному воздушному потоку в вентиляционных каналах здания. Чем ниже полученное в результате значение, тем эффективность оборудования выше.
Такая оценка легла в основу рекомендаций по покупке и установке вентиляционных систем для различных секторов и отраслей. Так для коммунальных зданий рекомендованное значение не должно превышать 1.5 при установке новых систем и 2.0 для оборудования после ремонта.
3.9. Аэродинамические характеристики вентиляторов
3.9.1. Общие сведения об аэродинамических характеристиках
Аэродинамической характеристикой вентилятора называется графическая зависимость междуосновными параметрами, определяющими
работу вентилятора, – полного давления, мощности и КПД от производительности при постоянном значении частоты вращения рабочего колеса.
Расчетные методы определения параметров работы вентилятора
не позволяют получить достаточно точные аэродинамические характе
ристики, поэтому построение их выполняется на основе данных аэро
динамических испытаний, проведенных в лабораторных условиях. Результаты исследований вентилятора при определенном числе оборотов рабочего колеса могут быть пересчитаны на другие режимы работы, а
также использоваться для построения характеристик вентиляторов, гео
метрически подобных испытанной конструкции.
Различают два вида аэродинамических характеристик: размерные
и безразмерные.
Размерные аэродинамические характеристики вентилятора
(рис. 3.42) представляют зависимости полного P V статического P SV и
(или) динамического P dV давлений, развиваемых вентилятором, потреб-
ляемой мощности N полного и статического S КПД от производительности Q при определенной плотности газа перед входом в вентилятор и постоянной частоте вращения его рабочего колеса.
При построении характеристики мощности вентилятора N Q поте
ри мощности в подшипниках и передаче не учитываются, так как способ соединения рабочего колеса с двигателем определяется в каждом кон-
кретном случае
Для вентиляторов общего назначения аэродинамические характеристики соответствуют работе на воздухе при нормальных условиях (плотность 1,2 кг/м3 , барометрическое давление 101,34 кПа, температу-
ра плюс 20 °С и относительная влажность 50%). Если вентиляторы пред-
назначены для перемещения воздуха и газа, которые имеют плотность,
отличающуюся от 1,2 кг/м3 , то на графиках приводятся дополнительные шкалы для величин P V P SV N , соответствующие действительной плотности перемещаемой среды.
Безразмерные аэродинамические характеристики представляют
собой графики зависимости коэффициентов полного и статичес
114 Генеральный спонсор –
Учебная библиотека АВОК Северо-Запад
Рис. 3.42. Аэродинамическая характеристика вентилятора
кого S давлений, мощности полного и статического S КПД от коэффициента производительности (рис. 3.43). При этом на гра-
фиках должны указываться значения быстроходности вентилятора диаметр D рабочего колеса и частота вращения при которых полу
чена характеристика
Безразмерные характеристики используются для расчета размерных параметров и для сравнения вентиляторов разных типов. Пример
такого сравнения приведен на рис. 3.44.
Безразмерные параметры вентиляторов входят в область, ограни-
ченную коэффициентом производительности = 0 3 и коэффициентом
полного давления = 0 8. Анализ приведенных характеристик позволя-
ет сделать ряд практических выводов
– осевыевентиляторыявляютсясамымислабонапорными,ноимеютнаибольшие полные КПД среди рассматриваемых типов вентиляторов;
Учебная библиотека АВОК Северо-Запад
Рис. 3.43. Безразмерная аэродинамическая характеристика вентилятора
Рис. 3.44. Безразмерные аэродинамические характеристики вентиляторов
различных типов
I – осевые; II – радиальные; III – диаметральные
Учебная библиотека АВОК Северо-Запад
Рис. 3.45. Аэродинамическая характеристика вентилятора в логарифмическом масштабе
при различных частотах вращения
– радиальные вентиляторы занимают промежуточную область по дав-
лению и КПД;
– диаметральные вентиляторы имеют самые большие коэффициенты
давления, достигающие значений 6 8, так как потоку сообщается
энергия дважды, при входе в колесо и при выходе из него, однако
имеют самые малые значения полного КПД.
У вентиляторов общего назначения, предназначенных для работы
с присоединяемой к ним сетью, за рабочий участок характеристи-
ки должна приниматься та ее часть, на которой значение полного КПД
0,9 (здесь – максимальное значение полного КПД). Режим
работы вентилятора, соответствующий максимальному КПД, является оптимальным. Рабочий участок характеристики должен также удовлетворять условию обеспечения устойчивой работы вентилятора.
Учебная библиотека АВОК Северо-Запад
При подборе вентиляторов обычно используются аэродинамичес-
кие характеристики серийно изготавливаемых вентиляторов, построен-
ные для рабочего участка одного определенного типоразмера и охватывающие различные режимы работы, т.е. соответствующие различной
частоте вращения (рис. 3.45). На график зависимости P V Q наносятся
линии постоянных КПД мощности N указаны окружная скорость и
частота вращения. При построении таких характеристик обычно изоб-
ражается часть кривой P V Q в интервале = (0,7 0,8) . Для удобс-
тва подбора вентиляторов характеристики построены в логарифмическом масштабе. Особенностями таких характеристик является отсутствие нулевых значений P V и Q и то, что параболические кривые представлены
прямыми линиями. В приложении 1 приведены такие аэродинамические
характеристики радиальных вентиляторов типа ВР-86-77.
Частота вращения для кривых P V Q принимается кратной 50, 100
или 200 об/мин (в зависимости от размеров вентилятора). Дополнительно к ним приводятся кривые, соответствующие числу оборотов стан-
дартных асинхронных электродвигателей, используемых в конструкции
вентилятора. Этими кривыми пользуются в тех случаях, когда рабочее
колесо непосредственно соединено с валом электродвигателя
Пересчет аэродинамических характеристик вентиляторов на
другие частоты вращения, диаметры рабочих колес D и плотности пе
ремещаемого газа проводится по зависимостям
При подборе вентилятора необходимо руководствоваться следующим: зона рабочих режимов вентилятора должна находиться в зоне максимальной эффективности вентилятора и быть за пределами срывного режима вентилятора.
В соответствии с ГОСТ10616-90 рабочая зона аэродинамической характеристики вентилятора должна быть ограничена диапазоном производительностей, в котором полный КПД вентилятора составляет 0,9 от максимального КПД. Именно в таком виде приведены аэродинамические характеристики вентиляторов в каталогах большинства производителей вентиляторов. Однако, в этом случае теряются режимы максимальной производительности, при которых возможна работа вентилятора, хотя и с меньшей эффективностью.
В каталогах некоторых западных, а в последнее время в каталогах отечественных, производителей приводится кривая полного давления от режима Q=0, до режима максимальной производительности Qмах. Если не приведены ни кривая мощности ни полного (статического) КПД, то выбрать рабочую зону крайне затруднительно. В этом случае, для оценки, можно принимать, что режим максимального полного КПД имеет место примерно на 2/3 максимальной производительности вентилятора Qмах. Коэффициент запаса кс можно принимать кс =1,25...1,5 (большие значения, если срыв оказывает большее силовое воздействие на конструкцию вентилятора).
При подборе вентиляторов (радиальных, осевых) по аэродинамическим характеристикам, приведенным в каталогах, необходимо обращать внимание на следующее:
а) является ли указанная в характеристиках мощность, потребляемой вентилятором, или же это мощность, потребляемая электродвигателем вентилятора из сети;
б) имеет ли электродвигатель, комплектующий вентилятор, запас мощности на пусковые токи, низкие температуры перемещаемой среды.
Эти параметры определяют эффективность вентилятора, его аэродинамические характеристики и работоспособность электродвигателя при низких температурах перемещаемого воздуха. Например, если электродвигатель не имеет запаса мощности (канальные вентиляторы с внешним ротором), прямой пересчет давления на пониженную температуру может не дать правильных результатов, так как из-за увеличения потребляемой мощности электродвигатель может «сбросить» обороты.
При анализе аэродинамических характеристик осевых вентиляторов необходимо иметь в виду следующее обстоятельство. В отечественной практике в ряде случаев, например, когда электродвигатель расположен перед колесом, а втулка колеса выходит за пределы корпуса, динамическое давление подсчитывается по скорости выхода потока, определенной по ометаемой лопатками площади (полная площадь, определенная по диаметру колеса, за исключением площади, занимаемой втулкой колеса). В западных каталогах динамическое давление осевых вентиляторов определяется по полной площади, то есть по площади, ометаемой колесом.
Разница в статических давлениях, определенных по этим двум методам, начинает заметно сказываться при относительном диаметре втулки более n≥0,4 (отношение диаметра втулки к диаметру вентилятора). Если не учитывать этого обстоятельства, то подобранный вентилятор может не дать ожидаемого расхода в данной сети.
Особый интерес представляют аэродинамические характеристики, приведенные в технических условиях на радиальные вентиляторы в спиральном корпусе и, соответственно, в каталогах большинства их производителей. Оказалось, что у проектантов не всегда существует понимание в их трактовке. Рассмотрим это на примере характеристики вентиляторов типа ВР 80-75-2,5. Масштаб графиков - логарифмический, кривые полного давления вентиляторы обозначены линиями. Здесь же приведена серия ниспадающих кривых, пересекающих кривые Pv(Q). Эти кривые, зачастую ошибочно, называют кривыми мощности (иногда их называют кривыми равной мощности). На каждой такой кривой приведена установочная мощность электродвигателя с запасом на пусковые токи и отрицательную температуру. На самом деле, это кривые полного давления Pv"(Q), которое имел бы этот вентилятор, если бы он работал с переменной частотой вращения, но при постоянной мощности: в левой части от точки пересечения с реальной кривой Pv(Q)- с повышенной частотой относительно номинала, а правее точки пересечения - с пониженной частотой. Из всего вышесказанного следует понимать только одно: в левой части, до пересечения мнимой кривой с реальной, электродвигатель работает с запасом по мощности, а в правой части перегружен и при длительной работе может выйти из строя.
